基于瞬时频率直方图的PCM/FM信号调制识别研究

　　引　言

　　PCM/FM调制是一种连续相位频率调制(CPFSK),是测控通信中常用的一种调制方式,也是测控信号侦察中最常遇到的一种调制方式,然而探讨对其进行识别的文献却较少。文献[1]提出,可以利用谱相关特征来识别MSK调制方式,但是MSK只是PCM/FM调制方式调制指数h=0·5的特殊情况。由IRIG遥测标准可知[2],测控中更常用的是非0·5的整数倍的调制指数,例如h=0. 707。根据文献[3]的分析,当h不为0·5的整数倍时, PCM/FM信号的谱相关特征变得不明显,而且出现的位置也不规律,因此谱相关方法不是一种适合于所有调制指数PCM/FM信号的识别方法。

　　AzzouzE E[4]等在其专著中提出了利用瞬时频率特征分辨FSK信号与PSK信号的方法,利用的特征是瞬时频率的方差。这种方法的缺点是抗噪声性能较差,而且不同于FSK信号的是, PCM/FM信号是连续相位的,其瞬时频率的突变特性相比于FSK信号很不明显,如果处于非线性信道的话,这种特征将更不明显,因此这种方法并不适合识别PCM/FM信号。对于调制指数h≥1的PCM/FM信号,可以利用频谱分析的方法来进行识别,利用频谱中峰的个数作为识别特征,但是这种方法对h<1的PCM/FM信号则会失效,因为h<1时的PCM/FM信号频谱呈马鞍形,没有明显的峰值,在有噪声时,与PSK信号的频谱区别并不明显,无法用该方法进行识别。

　　为了对h<1时的PCM/FM信号也能进行识别,本文借鉴文献[5]中利用恒参滤波后信号瞬时包络直方图分辨2FSK、4FSK和8FSK的方法,利用瞬时频率直方图来分辨PCM/FM调制和PSK调制。为了提高瞬时频率估计的性能及瞬时频率的抗噪性能,本文提出了对瞬时频率估计进行滤波的方法。由于文献[5]中提出的利用峰值个数作为识别特征的方法并不适合本文信号要分辨的两类信号PCM/FM和PSK,因此本文根据这两类信号的特点给出了一种对瞬时频率直方图进行归一化的方法,并根据归一化的直方图设计了新的鲁棒性强的识别特征。仿真试验和实测数据都验证了这种识别特征的有效性,且验证了其对于多普勒频率变化和载波频偏的鲁棒性。

　　1　瞬时频率估计

　　瞬时频率是信号的重要参数,是本文识别算法的基础。传统的瞬时频率估计方法是对下变频后的复基带信号进行反正切运算,再进行去卷叠处理来得到的,这种方法运算比较复杂,这里给出一种不需要进行反正切运算和去卷叠运算的瞬时频率估计方法。

　　一个实信号x(t)对应的解析信号是

　　其中,f(i)为信号瞬时频率的采样值。这种方法的优点是,不需要反正切运算,也不需要去卷叠运算。

　　图1　噪声对PCM/FM信号瞬时频率的影响(SNR=5dB)